試述鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電應(yīng)用

李 穎

（唐山中厚板材有限公司，河北 唐山063000）

概述

在目前的鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序中能耗量僅次于煉鐵工序，據(jù)不完全統(tǒng)計大概占到鋼鐵企業(yè)總能耗的9%到12%。而國內(nèi)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)廢氣余熱回收利用主要有三種方式：第一種是將余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于驅(qū)動汽輪機(jī)組發(fā)電；第二種是直接將廢煙氣經(jīng)過凈化后作為點火爐的助燃空氣或用于預(yù)熱混合料；第三種是將廢煙氣通過熱管裝置或余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，并入全廠蒸汽管網(wǎng)，替代部分燃煤鍋爐。文章將根據(jù)作者實際工作，結(jié)合理論，就第一種我國的鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)做一闡述。

據(jù)筆者不完全統(tǒng)計，我國目前已建成的10 余套燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組共涉及19 臺左右的燒結(jié)機(jī)，它的發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量達(dá)到137MW?？梢赃@樣說，鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，已經(jīng)具備全面推廣的條件。特別是隨著雙壓技術(shù)的突破，大大提高了余熱回收效率，為鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)的推廣更加創(chuàng)造了條件。

1 鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電原理、流程及特點

上文已經(jīng)敘述過，鋼鐵行業(yè)燒結(jié)余熱比較多，它的溫度也會在300～400℃，足以用來進(jìn)行余熱發(fā)電。在這筆者結(jié)合鋼鐵燒結(jié)冷卻機(jī)的余熱分布特點，提出一種改進(jìn)的余熱發(fā)電系統(tǒng)，單獨利用燒結(jié)礦下落進(jìn)入冷卻機(jī)段的高溫余熱（400～500℃）來加熱（高溫）過熱蒸汽，然后該部分余熱資源和中段中低溫余熱（300～360℃）混合利用，來加熱低溫過熱蒸汽，并產(chǎn)飽和蒸汽，蒸汽推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。

它的具體流程是，給水經(jīng)給水泵進(jìn)入余熱鍋爐，經(jīng)廢氣加熱后，一部分變?yōu)檫^熱蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)作功發(fā)電。則另一部分經(jīng)余熱鍋爐低溫段加熱后，產(chǎn)生過熱或飽和蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)相應(yīng)低壓進(jìn)汽口作功發(fā)電。冷凝水經(jīng)低壓省煤器后由中壓鍋爐給水泵供給低壓汽包，低壓汽包具有自除氧功能，就會實現(xiàn)一個完整的熱力循環(huán)。鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電流程具體如下所示：

在這它的特點具體體現(xiàn)在燒結(jié)余熱熱源品質(zhì)整體較低，低溫部分占比例大；在燒結(jié)生產(chǎn)中因設(shè)備的運行不確定性，短時間停機(jī)不可避免，造成燒結(jié)煙氣不連續(xù)性。還有在燒結(jié)過程中，隨著燒結(jié)礦在燒結(jié)機(jī)上的燒成情況不同，其煙氣溫度也不同。這是我們要注意的。

2 鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀

鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)目前雖然深受鋼鐵企業(yè)的喜愛，但在燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱發(fā)電技術(shù)方面還有一定的技術(shù)難點，這也導(dǎo)致一些企業(yè)對它望而卻步。它的比較突出的技術(shù)難點是發(fā)電系統(tǒng)對主蒸汽的品質(zhì)要求很嚴(yán)，而現(xiàn)在的燒結(jié)系統(tǒng)熱力系統(tǒng)非常不穩(wěn)定，廢氣溫度波動范圍在±100℃以上，造成主汽溫度的波動超標(biāo)，嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)的安全性、穩(wěn)定性和壽命。

再有就是燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組運行效率不高。燒結(jié)余熱發(fā)電機(jī)組對煙氣流量及溫度均有一定要求，實際運行中，運行效率受燒結(jié)設(shè)備大小、生產(chǎn)工況等多方面影響，余熱回收系統(tǒng)的工作參數(shù)變動，輸出的壓力、溫度、流量隨之變化，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的運行效率不高。

除此之外還有燒結(jié)冷卻機(jī)廢氣流量很大，同時它的高溫段和可利用部分中溫段廢氣的平均溫度在330-450℃之間，可利用的余熱資源屬于中低溫余熱，質(zhì)量不高，回收利用難度較大。

3 鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)雙壓系統(tǒng)案例分享

筆者所在的公司就是采用雙壓系統(tǒng)發(fā)電的，經(jīng)過多年的運行分析知道雙壓系統(tǒng)發(fā)電能力很高，但不可回避的是它的投資大。

在這筆者結(jié)合工作實際，就某鋼鐵企業(yè)燒結(jié)余熱系統(tǒng)采用的雙壓系統(tǒng)方案，談?wù)勊陌l(fā)電技術(shù)。

3.1 高溫交換。將原有1 號燒結(jié)冷卻機(jī)高溫廢氣引入雙壓壓鍋爐1 號通道，產(chǎn)生高壓蒸汽2.35MPa，400℃，同時將原有2 號燒結(jié)冷卻機(jī)高溫廢氣約350℃引入雙壓鍋爐2 號通道，加上1 號通道過熱器出口煙氣來預(yù)熱高壓蒸汽，并產(chǎn)生低壓蒸汽0.49 MPa，280℃，所產(chǎn)生的高壓和低壓蒸汽通過雙壓補(bǔ)汽型純冷凝汽輪機(jī)做功發(fā)電。1 號、2 號被加熱的煙氣在進(jìn)入余熱鍋爐之前先以簡易擋板式除塵器簡單除塵除塵率50%。

3.2 送冷風(fēng)步驟。雙壓余熱鍋爐出口煙溫降為420℃左右，通過除塵器除塵之后，經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)通過擋板門再次進(jìn)入環(huán)冷機(jī)。循環(huán)風(fēng)機(jī)入口前需要再補(bǔ)充15%的冷風(fēng)進(jìn)入，以使進(jìn)入環(huán)冷風(fēng)的風(fēng)量能達(dá)到原來的數(shù)值。當(dāng)余熱爐故障時閘板門關(guān)閉，環(huán)冷機(jī)需要的冷卻風(fēng)仍從原1 號、2 號環(huán)冷風(fēng)機(jī)入口，此時擋板風(fēng)門可切換到排空，恢復(fù)原有狀態(tài)。

4 結(jié)論

通過上文的分析，我們可知雙通道雙壓方案真正實現(xiàn)了低品位能源的高效梯級利用，使熱量回收最大化，解決了余熱發(fā)電機(jī)組運行的連續(xù)性差問題。項目還應(yīng)用了低溫雙壓余熱鍋爐和獨特的燒結(jié)環(huán)冷機(jī)密封方法，解決了余熱發(fā)電出力小于設(shè)計值、可利用熱量少的問題。

5 未來發(fā)展

工業(yè)用余熱發(fā)電屬于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域,受政策和下游需求相關(guān),未來趨勢穩(wěn)健增長。工業(yè)鍋爐、窯爐運行所產(chǎn)生的余熱余壓利用空間也很巨大，其中余熱余壓發(fā)電成為目前業(yè)界普遍認(rèn)可的渠道之一。有關(guān)部門也指出到2015 年，國內(nèi)工業(yè)鍋爐、窯爐平均運行效率比2010 年分別提高5 個和2 個百分點，電機(jī)系統(tǒng)運 行效率提高2-3 個百分點，新增余熱余壓發(fā)電能力2000 萬千瓦。而鋼鐵工業(yè)是我國重點的耗能大戶，總能耗約占全國總能耗量的15%左右。

總之，我國鋼鐵生產(chǎn)工藝流 程長，工序多，且主要以高溫冶煉、加工為主，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量余熱能源，主要來自燒結(jié)機(jī)煙氣顯熱、紅焦顯熱、轉(zhuǎn)爐煙氣及加熱爐爐底的余熱回收裝置等，各種余熱資源約占全部生產(chǎn)能耗的68%。鋼鐵行業(yè)余熱發(fā)電將迎來發(fā)展期。

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